DE102016101469A1 - Method for feeding electrical power into an electrical supply network - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung an einem Netzanschlusspunkt in ein elektrisches Versorgungsnetz mittels wenigstens einer Windenergieanlage umfassend die Schritte Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind, Einspeisen der erzeugten Leistung oder eines Teils davon in das elektrische Versorgungsnetz, Anbieten einer Momentanreserve zum zusätzlichen Einspeisen oder Verringern des Einspeisens in das elektrische Versorgungsnetz zur Stützung des elektrischen Versorgungsnetzes und zusätzliches Einspeisen elektrischer Leistung oder Reduzieren der eingespeisten Leistung bis zur angebotenen Momentanreserve, in Abhängigkeit einer Netzeigenschaft und/oder einer externen Anforderung, um das elektrische Versorgungsnetz zu stützen, wobei die Höhe der angebotenen Momentanreserve als Reservehöhe (Angebotshöhe) einstellbar ist.The invention relates to a method for feeding electrical power at a grid connection point into an electrical supply network by means of at least one wind energy installation comprising the steps of generating electrical power from wind, feeding the generated power or a part thereof into the electrical supply network, offering an instantaneous reserve for additional feeding or reducing the feeding into the electrical supply network to support the electrical supply network and additional feeding electrical power or reducing the power supplied to the offered instantaneous reserve, depending on a network property and / or an external request to support the electrical supply network, the amount of the offered instantaneous reserve as reserve height (offer height) is adjustable.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergieanlage zum Durchführen eines solchen Verfahrens und die Erfindung betrifft auch einen mehrere Windenergieanlagen aufweisenden Windpark zum Durchführen eines solchen Verfahrens. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung mehrerer Windenergieanlagen oder mehrerer Windparks zum Einspeisen an mehreren Netzanschlusspunkten.The present invention relates to a method for feeding electrical power into an electric utility grid. Moreover, the present invention relates to a wind turbine for carrying out such a method and the invention also relates to a wind farm having multiple wind turbines for performing such a method. The invention also relates to an arrangement of several wind turbines or multiple wind farms for feeding at several grid connection points.
Es ist bekannt, mit Windenergieanlagen elektrische Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz, wie beispielsweise in das europäische Verbundnetz, einzuspeisen. Zum Einspeisen verwenden solche Windenergieanlagen üblicherweise Frequenzwechselrichter, mit denen direkt oder indirekt der elektrische Strom mit der gewünschten Frequenz und Phase in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist wird. Diese Art der Einspeisung weicht somit wesentlich von der Art der Einspeisung herkömmlicher Großkraftwerke ab, die zum Einspeisen einen direkt mit dem elektrischen Versorgungsnetz gekoppelten Synchrongenerator verwenden. Solche direkt mit dem Netz gekoppelte Synchrongeneratoren sollen eine stabilisierende Wirkung auf das elektrische Versorgungsnetz haben, das vereinfachend auch nur als Netz bezeichnet werden kann.It is known to feed wind power plants electrical power into an electrical supply network, such as in the European interconnected grid. For feeding such wind turbines usually use frequency inverters, with which directly or indirectly the electric current with the desired frequency and phase is fed into the electrical supply network. This type of feed thus differs significantly from the type of feeding large conventional power plants, which use a directly coupled to the electrical supply network synchronous generator for feeding. Such synchronous generators coupled directly to the network should have a stabilizing effect on the electrical supply network, which, for the sake of simplicity, can also only be referred to as a network.
Durch zunehmenden Anteil von regenerativen Energiequellen im Netz, besonders Windenergieanlagen, wird somit eine Abnahme dieser stabilisierenden Wirkung durch Synchrongeneratoren im Netz befürchtet.As a result of the increasing proportion of regenerative energy sources in the grid, in particular wind turbines, a decrease in this stabilizing effect by synchronous generators in the grid is feared.
Um das elektrische Versorgungsnetz auch mit Hilfe von Windenergieanlagen zu stabilisieren, sind bereits Verfahren bekannt, bei denen beispielsweise in Abhängigkeit der Netzfrequenz oder der Netzspannung die eingespeiste Leistung verändert wird. Als Beispiel für eine solche frequenzabhängige Leistungsregelung wird auf das Dokument
Möglicherweise sind solche Lösungen aber nicht weitreichend genug, besonders dann, wenn die noch immer im elektrischen Versorgungsnetz vorhandenen Großkraftwerke mit direkt gekoppelten Synchrongeneartoren in ihrer Dominanz zurückgehen, oder im extremsten Falle sogar gänzlich verschwinden.However, such solutions may not be sufficiently far-reaching, especially if the large power plants still present in the electrical supply network with direct-coupled synchronous species decline in their dominance, or even disappear altogether in the most extreme case.
Hierfür wurden bereits Lösungen vorgeschlagen, das Verhalten eines Synchrongenerators zu emulieren. Das europäische Patent
Aber auch bei solchen Lösungen können Stabilitätsprobleme im Netz bestehen bleiben, größer werden oder neu hinzukommen. Zunächst ist zu beachten, dass auch eine Stabilisierung des Netzes durch Synchrongeneratoren nicht durchweg ideal funktioniert. Die große Trägheit der Synchrongeneratoren schafft zwar einerseits eine vergleichmäßigende und dadurch zumindest teilweise stabilisierende Wirkung, kann aber auch einer schnellen Regelung im Wege stehen. Es sind beispielsweise Netzpendelungen bekannt, bei denen solche Synchrongeneratoren mehrerer Großkraftwerke gegeneinander schwingen können. Es ist auch zu beachten, dass eine vollständige Emulation eines Großkraftwerkes nicht nur das grundsätzliche Verhalten eines Synchrongenerators emulieren müsste, sondern auch dessen Größe, die insbesondere durch die jeweilige Nennleistung angegeben werden kann. Derzeit werden viele Windenergieanlagen benötigt, um auf die Nennleistung eines Großkraftwerkes zu kommen. Selbst Windparks mit mehreren Windenergieanlagen weisen regelmäßig eine deutlich geringere Leistung auf als ein Großkraftwerk. Somit bleibt wenigstens auch der Unterschied bestehen, dass Windenergieanlagen gegenüber Großkraftwerken sehr viel stärker dezentral einspeisen.But even with such solutions, stability problems in the network can persist, get bigger or new. First of all, it should be noted that stabilization of the grid by synchronous generators does not always work perfectly. On the one hand, the great inertia of the synchronous generators on the one hand creates a comparatively stable and thus at least partially stabilizing effect, but can also stand in the way of a rapid regulation. There are, for example, network oscillations known in which such synchronous generators of several large power plants can oscillate against each other. It should also be noted that a complete emulation of a large power plant would not only have to emulate the fundamental behavior of a synchronous generator, but also its size, which can be specified in particular by the respective rated power. Currently, many wind turbines are needed to get the rated output of a large power plant. Even wind farms with several wind turbines regularly have significantly lower power than a large power plant. Thus, at least the difference remains that wind turbines feed very much decentralized compared to large power plants.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die bekannte Verfahren der Netzstützung verbessert, zumindest einen weiteren Beitrag zur Netzstützung liefert. Zumindest soll eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.The present invention is therefore based on the object to address at least one of the above-mentioned problems. In particular, a solution is to be proposed which improves known methods of network support, at least providing a further contribution to network support. At least an alternative solution should be proposed.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Demnach wird ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung an einem Netzanschlusspunkt in ein elektrisches Versorgungsnetz vorgeschlagen, wobei die Einspeisung an dem Netzanschlusspunkt mittels wenigstens einer Windenergieanlage folgt. Es können dafür auch mehrere Windenergieanlagen insbesondere ein Windpark vorgesehen sein.According to the invention, a method according to
Dabei erzeugt die Windenergieanlage, oder ggf. die mehreren Windenergieanlagen, elektrische Leistung aus Wind. Diese Leistung die entsprechend erzeugt bzw. aus Leistung aus dem Wind umgewandelt wurde, wird in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist. Die von dem aerodynamischen Rotor erzeugte Leistung und die eingespeiste Leistung können unterschiedlich sein, weil z. B. Verluste auftreten und/oder gespeicherte Energie mit verwendet werden kann. Vereinfachend wird aber bevorzugt die gesamte aus dem Wind erzeugte Leistung in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist. Das kann besonders über einen Frequenzwechselrichter erfolgen, der bspw. die durch die Windenergieanlage erzeugte elektrische Leistung gleichrichtet erhält und dann aus dieser gleichgerichteten Leistung, also insbesondere basierend auf gleichgerichteter Spannung in einem Gleichspannungszwischenkreis, mittels eines Wechselrichters einen gewünschten Strom nach Betrag und Phase erzeugt und einspeist. In this case, the wind energy plant, or possibly the multiple wind turbines, generates electrical power from wind. This power, which has been generated or converted from wind power, is fed into the electric grid. The power generated by the aerodynamic rotor and the power fed in may vary, because e.g. B. losses occur and / or stored energy can be used with. For the sake of simplification, however, the entire power generated by the wind is preferably fed into the electrical supply network. This can be done in particular via a frequency inverter, which receives the electrical power generated by the wind turbine, for example, and then generates and feeds a desired current in terms of magnitude and phase from this rectified power, ie in particular based on rectified voltage in a DC voltage intermediate circuit ,
Außerdem wird vorgeschlagen, eine Momentanreserve zum zusätzlichen Einspeisen oder Verringern des Einspeisens in das elektrische Versorgungsnetz zur Stützung des elektrischen Versorgungsnetzes anzubieten. Die wenigstens eine Windenergieanlage oder auch eine andere damit verknüpfte Steuereinrichtung bietet somit eine Momentanreserve an. Das bedeutet besonders, dass eine solche Momentanreserve bereit gehalten wird und vorzugsweise auch Informationen von der betreffenden wenigstens einen Windenergieanlage oder auch der genannten Steuereinrichtung bereitgestellt werden, so das andere Windenergieanlagen, andere Erzeuger im elektrischen Versorgungsnetz oder auch der Netzbetreiber diese Momentanreserve kennen und sich darauf einstellen können.In addition, it is proposed to offer an instantaneous reserve for additionally feeding or reducing the feeding into the electrical supply network in order to support the electrical supply network. The at least one wind energy plant or another control device associated therewith thus offers an instantaneous reserve. This means in particular that such an instantaneous reserve is kept ready and preferably also information is provided by the relevant at least one wind turbine or the said control device, so that the other wind turbines, other producers in the electrical supply network or also the network operator know and adjust to this instantaneous reserve can.
Entsprechend wird bei Bedarf bis zu dieser angebotenen Momentanreserve auch in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist. Je nach Netzzustand kommt auch in Betracht, das Einspeisen der elektrischen Leistung zu reduzieren, um dadurch das Netz zu stützen. Auch das ist darin beinhaltet, dass diese Momentanreserve angeboten wird. Nachfolgende Erläuterungen zur Erhöhung des Einspeisens betreffen sinngemäß auch den Fall, das Einspeisen der elektrischen Leistung zu reduzieren. Dabei kann die angebotene Momentanreserve oder ein Teil davon in Abhängigkeit einer Netzeigenschaft und außerdem oder alternativ in Abhängigkeit einer externen Anforderung eingespeist bzw. die Einspeisung reduziert werden, um dadurch das elektrische Versorgungsnetz zu stützen. Die Momentanreserve wird also angeboten und für den tatsächlich dann auftretenden Bedarf auch bereitgestellt. Bei einer Einspeisung in Abhängigkeit einer Netzeigenschaft kommt auch in Betracht, dass diese Abhängigkeit bzw. eine entsprechend hinterlegte oder zugrundegelegte Abhängigkeitsfunktion nur einen Teil der Momentanreserve benötigt. Dabei kann diese Einspeisung in Abhängigkeit einer Netzeigenschaft bspw. eine Einspeisung in Abhängigkeit einer Netzfrequenz oder einer Netzspannung erfolgen. Es wird nun weiter vorgeschlagen, dass die Höhe der angebotenen Momentanreserve, die hier als Reservehöhe oder synonym auch als Angebotshöhe bezeichnet wird, einstellbar ist. Die wenigstens eine Windenergieanlage bietet somit eine Momentanreserve an, die sie bei Bedarf auch einspeist und die zum Netzstützen verwendet werden kann. Diese Momentanreserve ist allerdings kein fester Wert, sondern kann eingestellt werden.Accordingly, if necessary, it is also fed into the electrical supply network up to this offered instantaneous reserve. Depending on the state of the grid, it is also possible to reduce the input of the electric power, thereby supporting the network. This is also included in the fact that this instantaneous reserve is offered. The following explanations for increasing the feed-in also apply analogously to the case of reducing the feed-in of the electrical power. In this case, the offered instantaneous reserve or a part thereof depending on a network property and also or alternatively in response to an external request fed or the feed can be reduced, thereby supporting the electrical supply network. The instantaneous reserve is thus offered and also made available for the demand that actually occurs. In the case of a feed-in depending on a network property, it is also possible to consider that this dependency or a corresponding depended or underlying dependency function requires only a part of the instantaneous reserve. In this case, this feed can be effected as a function of a network property, for example, a feed in dependence on a grid frequency or a grid voltage. It is now further proposed that the amount of the offered instantaneous reserve, which is referred to here as a reserve level or synonymously as an offer level, is adjustable. The at least one wind turbine thus offers an instantaneous reserve, which it also feeds when needed and which can be used for network supports. This instantaneous reserve is not a fixed value, but can be set.
Mit dem Bereitstellen einer Momentreserve wird zunächst erreicht, dass grundsätzlich eine Stützung des elektrischen Versorgungsnetzes auch durch Windenergieanlagen, also durch diese wenigstens eine Windenergieanlage, vorgenommen werden kann. Insoweit sind gewisse Parallelen zu einem direkt gekoppelten Synchrongenerator erkennbar. Ein solcher direkt gekoppelter Synchrongenerator stellt eine Momentanreserve durch seine hohe Drehzahl in Verbindung mit einer rotierenden Masse bereit und diese wird dann regelmäßig durch das physikalische Verhalten dieses Synchrongenerators abgerufen. Ergibt sich bspw. ein Zustand im Netz, bei dem mehr Leistung verbraucht als in dem Moment eingespeist wird, wirkt sich das auf den direkt gekoppelten Synchrongenerator aus. Insbesondere liefert er dann mehr Leistung, wodurch er langsamer wird, was sich regelmäßig auch als Frequenzverringerung im Netz bemerkbar macht. In diese Fall gibt also der Synchrongenerator einen Teil seiner Rotationsenergie an das elektrische Versorgungsnetz ab.With the provision of a torque reserve, it is initially achieved that, in principle, support for the electrical supply network can also be provided by wind energy installations, that is to say by means of these at least one wind energy plant. In that regard, certain parallels to a directly coupled synchronous generator can be seen. Such a directly coupled synchronous generator provides an instantaneous reserve due to its high speed in conjunction with a rotating mass and this is then regularly retrieved by the physical behavior of this synchronous generator. If, for example, a condition arises in the network in which more power is consumed than is currently being fed in, this has an effect on the directly coupled synchronous generator. In particular, it then provides more power, which makes it slower, which is regularly noticeable as frequency reduction in the network. In this case, therefore, the synchronous generator is a part of its rotational energy to the electrical supply network.
Durch das Bereitstellen einer Momentanreserve durch die wenigstens eine Windenergieanlage wird somit zunächst auch erreicht, dass eine Netzstützung erfolgen kann, wenn mehr Leistung verbraucht als erzeugt wird. Zum Ausgleich kann kurzfristig mehr Leistung eingespeist werden. Ist mehr Leistung im elektrischen Versorgungsnetz als verbraucht wird, kann zum Ausgleich kurzzeitig weniger Leistung eingespeist werden. In dem Fall, dass mehr Leistung eingespeist werden soll, kann die wenigstens eine Windenergieanlage ihre Momentanreserve oder einen Teil davon zur Netzstützung einspeisen.By providing an instantaneous reserve by the at least one wind energy plant, it is thus also initially achieved that grid support can take place when more power is consumed than generated. To compensate for more power can be fed in the short term. If more power is consumed in the electrical supply network than is consumed for a short time, less power can be fed in to compensate for it. In the event that more power is to be fed in, the at least one wind turbine can feed its instantaneous reserve or a part thereof for grid support.
Dem liegt besonders auch der Gedanke zugrunde, dass teilweise schon heute sehr viel Reserveenergie in der Drehbewegung von Windenergieanlagen enthalten ist. Eine Windenergieanlage dürfte zwar weniger Rotationsenergie gespeichert haben als ein Großkraftwerk in seinem direkt gekoppelten Synchrongenerator, es gibt dafür aber sehr viele Windenergieanlagen. Bezogen auf die Nennleistung haben Windenergieanlagen häufig eine größere Rotationsenergie. Die Rotoren moderner Windenergieanlagen haben große Durchmesser mit durch ihre Größe bedingt auch schweren Rotorblättern und haben dadurch ein hohes Trägheitsmoment. Entsprechend kann trotz vergleichsweise geringer Drehzahl viel Energie darin gespeichert werden. Diese Energie kann zum Netzstützen verwendet werden.This is based in particular on the idea that in some cases already today a lot of reserve energy is contained in the rotary motion of wind turbines. A wind energy plant may have stored less rotational energy than a large power plant in its directly coupled synchronous generator, but there are very many wind turbines. In terms of rated output, wind turbines often have a larger rotational energy. The rotors of modern wind turbines have large diameter due to their size also heavy rotor blades and have a high moment of inertia. Accordingly, much energy can be stored therein despite comparatively low speed. This energy can be used to support the net.
Allerdings gibt es auch andere Möglichkeiten, eine solche Momentanreserve durch eine Windenergieanlage bereitzustellen. Bspw. kann eine Windenergieanlage auch zusätzlich auf einen elektrischen Energiespeicher zugreifen. Ein solcher könnte bspw. in Form einer elektrischen Batterie vorgesehen sein, wobei diese Batterie bspw. an einem Gleichspannungszwischenkreis des Wechselrichters angeschlossen sein kann. Für dieses Beispiel kann derselbe Wechselrichter, der auch die aus Wind erzeugte Leistung einspeist, außerdem elektrische Leistung aus dem Batteriespeicher einspeisen. Das Einspeisen der Momentanreserve oder eines Teils davon kann somit auf einfache Art und Weise durch denselben Wechselrichter erfolgen. Außerdem oder alternativ kann zur Bereitstellung der Momentanreserve oder eines Teils davon ein Kondensatormittel, besonders eine Kondensatorbank, vorgesehen sein. Es wurde erkannt, dass in den meisten Betriebsstunden durch eine Windenergieanlage bereitzustellende Momentanreserve vergleichsweise gering ist und dazu eine Kondensatorbank ausreichend Energie speichern kann. Vorzugsweise wird ein Kondensatormittel, besonders eine Kondensatorbank, mit einem Batteriespeicher kombiniert. Hierbei kann das Kondensatormittel schnell einen ersten Teil einer Stützleistung liefern und die Batterie bei Bedarf dazu genutzt werden, weitere Stützleistung zu liefern, wenn das noch nötig ist.However, there are other ways to provide such an instantaneous reserve by a wind turbine. For example. For example, a wind turbine can additionally access an electrical energy store. Such could, for example, be provided in the form of an electric battery, which battery may, for example, be connected to a DC voltage intermediate circuit of the inverter. For this example, the same inverter, which also feeds the power generated from wind, may also feed electrical power from the battery storage. The feeding of the instantaneous reserve or a part thereof can thus be done in a simple manner by the same inverter. In addition or as an alternative, a capacitor means, in particular a capacitor bank, may be provided to provide the instantaneous reserve or a part thereof. It has been recognized that the instantaneous reserve to be provided by a wind turbine in most operating hours is comparatively low and that a capacitor bank can store sufficient energy for this purpose. Preferably, a capacitor means, in particular a capacitor bank, combined with a battery storage. In this case, the capacitor means can quickly provide a first part of a backup power and the battery can be used as needed to provide more backup power, if that is still necessary.
Insoweit kann durch das Bereitstellen einer Momentanreserve durch die wenigstens eine Windenergieanlage ein Beitrag zur Netzstützung geleistet werden, besonders dann, wenn sich viele Windenergieanlagen so verhalten. Bspw. könnte ein Windpark mit vielen Windenergieanlagen eine Momentanreserve in der Größenordnung bereitstellen, wie dies ein Großkraftwerk durch seinen großen rotierenden Synchrongenerator machen könnte.In that regard, by providing an instantaneous reserve by the at least one wind turbine, a contribution to grid support can be made, especially when many wind turbines behave this way. For example. For example, a wind farm with many wind turbines could provide an instantaneous reserve of the order of magnitude of what a large power plant could do with its large rotating synchronous generator.
Darüber hinaus wird nun aber vorgeschlagen, dass die Höhe der angebotenen Momentanreserve als Reservehöhe einstellbar ist. Die Reservehöhe ist also die Höhe der angebotenen Momentanreserve. Dadurch ist es möglich, gezielt das dynamische Verhalten des elektrischen Versorgungsnetzes bereits strukturell zu beeinflussen. Bspw. kommt es vor, dass Synchrongeneratoren von Großkraftwerken, die eine zusätzliche Leistung in das elektrische Versorgungsnetz einspeisen, zu einer Netzpendelung führen können. Eine Netzpendelung ist insoweit ein Phänomen, bei dem die Frequenz im elektrischen Versorgungsnetz schwankt, sich im ungünstigsten Fall sogar aufschwingen könnte.In addition, however, it is now proposed that the amount of the offered instantaneous reserve can be set as the reserve height. The reserve height is thus the amount of the instantaneous reserve offered. This makes it possible to influence the dynamic behavior of the electrical supply network already structurally. For example. It happens that synchronous generators of large power stations, which feed an additional power into the electrical supply network, can lead to a network oscillation. A power swing is a phenomenon in which the frequency fluctuates in the electrical supply network, could even swing in the worst case.
Vereinfachend kann dies so erklärt werden, dass ein Synchrongenerator aufgrund des vorstehend beschriebenen Verhaltens zusätzliche Leistung in das elektrische Versorgungsnetz einspeist, oder auch seine Leistung reduziert, wenn ein Bedarf zu bestehen scheint. Dieser Bedarf wird dann gedeckt. Ggf. wird sogar etwas mehr Leistung als erforderlich eingespeist. Ein örtlich weit entfernter Synchrongenerator arbeitet dann ganz grundsätzlich ähnlich und erhöht auch seine Leistung. Entsprechend ist dann mehr Leistung im Netz und das wiederum führt zu einer reduziert eingespeisten Leistung. Wird nun wieder weniger Leistung eingespeist, kann wieder eine Situation eines Leistungsunterschusses entstehen. Entsprechend kann hier eine Schwingung entstehen.For simplicity, this can be explained so that a synchronous generator feeds additional power into the electrical supply network due to the behavior described above, or also reduces its power when a need seems to exist. This need is then covered. Possibly. is even fed a little more power than required. A locally distant synchronous generator then works basically similar and also increases its performance. Accordingly, then more power in the network and this in turn leads to a reduced power fed. If less power is fed in again, a situation of underperformance can again arise. Accordingly, a vibration can arise here.
Bei der vorgeschlagenen Lösung ist die angebotene Momentanreserve der Höhe nach einstellbar, es ist also die Reservehöhe einstellbar und das wird vorzugsweise geschickt so eingesetzt, dass mehrere solche Windenergieanlagen im Netz sich unterschiedlich verhalten. Besonders kann auch durch die unterschiedlich große Momentanreserve ein entsprechend unterschiedlich dynamisches Verhalten erreicht werden. Es kann auch jeweils eine Anpassung an die Eigenschaft des Teils des Versorgungsnetzes in der Nähe des betreffenden Netzanschlusspunktes erreicht werden.In the proposed solution, the instantaneous reserve offered is adjustable in height, so it is the reserve height adjustable and that is preferably sent deployed so that several such wind turbines behave differently in the network. In particular, a correspondingly different dynamic behavior can be achieved by the different sized instantaneous reserve. An adaptation to the property of the part of the supply network in the vicinity of the respective network connection point can also be achieved in each case.
Somit kann es möglich sein, durch das Einstellen der Momentanreserve sogar die Netzstruktur hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens zu verbessern. Mit anderen Worten kann durch eine entsprechende Einstellung vieler solcher Windenergieanlagen ein elektrisches Versorgungsnetz mit einem stabileren Verhalten erreicht werden.Thus, by setting the instantaneous reserve, it may be possible to even improve the network structure in terms of its dynamic behavior. In other words, an electrical supply network with a more stable behavior can be achieved by a corresponding adjustment of many such wind turbines.
Vorzugsweise werden unterschiedlich große Reservehöhen eingestellt, abhängig davon, ob sie zum zusätzlichen Einspeisen vorgesehen sind, oder zum Reduzieren der eingespeisten Leistung vorgesehen sind. Auch dadurch kann einer Netzpendelung entgegengewirkt werden.Preferably, different levels of reserve heights are set, depending on whether they are intended for additional feeding, or are provided to reduce the power fed. This also can be counteracted a network swing.
Vorzugsweise wird die Reservehöhe in Abhängigkeit einer Eigenschaft des Netzanschlusspunktes eingestellt. Das betrifft besonders die Eigenschaften des Netzanschlusspunktes bezogen auf das elektrische Versorgungsnetz. Bspw. kann die Momentanreserve abhängig eines Kurzschlussstromverhältnisse an dem Netzanschlusspunkt eingestellt werden. Unter einem Kurzschlussstromverhältnis wird hierbei das Verhältnis der Kurzschlussleistung zur Anschlussleistung verstanden. Die Kurzschlussleistung ist diejenige Leistung, die das betreffende elektrische Versorgungsnetz an dem Netzanschlusspunkt bereitstellen kann, wenn dort ein Kurzschluss auftritt. Die Anschlussleistung ist die Anschlussleistung des angeschlossenen Einspeisers, also der Windenergieanlage bzw. des Windparks und damit der Summe aller Windenergieanlagen des Windparks zusammen. Vorzugsweise wird direkt die Kurzschlussleistung betrachtet und davon abhängig die Reservehöhe eingestellt. Auch dadurch kann das Stützverhalten gut an die Netzeigenschaft angepasst werden.Preferably, the reserve altitude is set depending on a property of the grid connection point. This particularly concerns the characteristics of the grid connection point in relation to the electrical supply network. For example. The instantaneous reserve can be adjusted depending on a short-circuit current conditions at the grid connection point. A short-circuit current ratio is understood to be the ratio of the short-circuit power to the connected load. The short-circuit power is the power that the relevant electrical supply network can provide at the grid connection point if a short-circuit occurs there. The connected load is the connected load of the connected feeder, ie the wind energy plant or the wind farm and thus the sum of all wind turbines of the wind farm together. Preferably, the short-circuit power is considered directly and depending on the reserve height set. Also, the support behavior can be well adapted to the network property.
Es kommt aber bspw. auch in Betracht, zu berücksichtigen, wie nah der Netzanschlusspunkt an einem Kopplungspunkt ist, an dem eine Kopplung besonders mit einem anderen elektrischen Versorgungsnetz bzw. mit einem in dem Moment noch abgekoppelten Teil des Versorgungsnetzes ist.However, it is also possible, for example, to consider how close the network connection point is to a coupling point at which a coupling is particularly with another electrical supply network or with a part of the supply network which is still decoupled in the moment.
Eine weitere Möglichkeit ist somit, eine ermittelte Netzimpedanz zu berücksichtigen und davon abhängig die Reservehöhe einzustellen. Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, die Reservehöhe abhängig davon einzustellen ob eine Teilnetzbildung erkannt wurde, bei der sich ein Teilnetz gebildet hat. Besonders im Falle einer solchen Teilnetzbildung kann es vorteilhaft sein, eine große Momentanreserve anzubieten. Hier kommt auch in Betracht, die Momentanreserve überhaupt erst dann bereit zu stellen, wenn eine solche Teilnetzbildung erkannt wurde. Vorzugsweise wird bei einer erkannten Teilnetzbildung die Momentanreserve gegenüber einer nominalen Momentanreserve und/oder gegenüber einer zuvor eingestellten Momentanreserve um einen vorbestimmten Wert erhöht. Insbesondere wird sie dabei um wenigstens 10% als vorbestimmten Wert oder um einen absoluten Wert erhöht.Another possibility is thus to take into account a determined network impedance and to set the reserve height depending on it. In addition or alternatively, it is proposed to set the reserve height depending on whether a subnetwork was formed in which a subnetwork has formed. Especially in the case of such sub-network formation, it may be advantageous to offer a large instantaneous reserve. Here, it is also possible to provide the instantaneous reserve only when such a subnetting has been recognized. Preferably, in the case of a recognized sub-network formation, the instantaneous reserve is increased by a predetermined value compared with a nominal instantaneous reserve and / or with respect to a previously set instantaneous reserve. In particular, it is increased by at least 10% as a predetermined value or by an absolute value.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass eine Momentanreserve abhängig davon angeboten wird, ob die betreffende Windenergieanlage in dem Moment Leistung aus Wind erzeugt. Es kann auch vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Reservehöhe in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Windenergieanlage eingestellt wird. Besonders kommt in Betracht, dass die Windenergieanlage bei schwachem Wind und entsprechend geringer erzeugter Leistung eine geringe Reservehöhe hat, also eine geringe Momentanreserve bereitstellt bzw. anbietet. Es kommt aber auch der umgekehrte Fall in Betracht, nämlich bei schwachem Wind eine hohe Momentanreserve bereitzustellen bzw. anzubieten, weil in manchen Fällen bei schwachem Wind eine deutlich höhere Wechselrichterkapazität zur Verfügung steht. Im Übrigen kann eine Windenergieanlage bspw. auch dann eine Momentreserve bereitstellen, wenn sie keine Leistung aus Wind erzeugt, aber bspw. über einen elektrischen Speicher wie einem Batteriespeicher verfügt, aus der eine Momentanreserve bereitgestellt werden könnte.According to one embodiment, it is proposed that an instantaneous reserve is offered as a function of whether the wind energy plant in question generates power from wind at the moment. It can also preferably be provided that the reserve height is set as a function of an operating state of the wind energy plant. In particular, it comes into consideration that the wind turbine has a low reserve height in low wind and correspondingly low power generated, that provides or offers a low instantaneous reserve. But it is also the reverse case, namely in low wind to provide a high instantaneous reserve or offer, because in some cases in low wind significantly higher inverter capacity is available. Incidentally, a wind turbine, for example, even then provide a torque reserve when it does not generate power from wind, but for example. Has an electrical storage such as a battery storage from which an instantaneous reserve could be provided.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das zusätzliche Einspeisen elektrischer Leistung bzw. das Reduzieren der eingespeisten Leistung über eine Einstellfunktion von einem Zustand des elektrischen Versorgungsnetzes abhängt und von der Reservehöhe abhängt. Es wird also eine doppelte Abhängigkeit vorgeschlagen. Bspw. kann die zusätzlich eingespeiste Leistung – gleiches gilt sinngemäß für das Verringern der eingespeisten Leistung, auch für die weiteren Beispiele – von einer Änderung der Netzfrequenz abhängen. Eine solche Änderung der Netzfrequenz kann auch über einen zeitlichen Frequenzgradienten df/dt angegeben werden. Vorzugsweise hängt die zusätzlich eingespeiste Leistung von diesem Frequenzgradienten ab und ist um so größer, je größer dieser Frequenzgradient ist. Die Reservehöhe beeinflusst nun zusätzlich diese Abhängigkeit. Die zusätzlich eingespeiste Leistung kann dann, um ein einfaches Beispiel zu nennen, proportional zum Frequenzgradienten und proportional zur Reservehöhe sein.Preferably, it is proposed that the additional supply of electrical power or the reduction of the fed-in power via an adjustment function depends on a state of the electrical supply network and depends on the reserve level. So it is proposed a double dependence. For example. can the additionally fed power - the same applies mutatis mutandis for reducing the power fed, also for the other examples - of a change in the grid frequency. Such a change of the network frequency can also be indicated via a temporal frequency gradient df / dt. The additionally fed-in power preferably depends on this frequency gradient and is the greater, the larger this frequency gradient is. The reserve height now additionally influences this dependency. The additionally injected power can then be, for a simple example, proportional to the frequency gradient and proportional to the reserve altitude.
Eine Ausgestaltung schlägt vor, dass die Reservehöhe als Verstärkung der Einstellfunktion wirkt. Die Reservehöhe kann dann als Faktor eingehen. Für das Beispiel der Abhängigkeit von dem Frequenzgradienten df/dt kann das durch folgende Gleichung angegeben werden:
In dieser Gleichung ist Pz die zusätzlich eingespeiste Leistung, Pz0 ein Leistungsreferenzwert, df/dt der Frequenzgradient, Res die Reservehöhe und K ein Proportionalitätsfaktor oder Normierungsfaktor, der auch die physikalischen Einheiten der Gleichung anpassen kann. Der Leistungsreferenzwert und der Proportionalitätsfaktor können auch zusammengelegt werden.In this equation, P z is the additionally supplied power, P z0 a performance reference value, df / dt of the frequency gradient, Res reserve level and K is a proportionality factor or scale factor, which can also adjust the physical units of the equation. The power reference value and the proportionality factor can also be combined.
Es kann somit erreicht werden, dass die Reservehöhe wie ein Verstärkungsfaktor wirkt, so dass auf gleiche df/dt unterschiedlich stark reagiert werden kann, je nachdem, welchen Wert die Resevehöhe hat, also je nachdem wie wieviel Momentanreserve bereitgestellt wird.It can thus be achieved that the reserve height acts as a gain factor, so that the same df / dt can be reacted differently depending on the value of the residual height, that is, how much instantaneous reserve is provided.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass an die wenigstens eine Windenergieanlage über eine Schnittstelle ein Vorgabewert zum Verändern der Reservehöhe eingegeben wird. Somit kann besonders von extern die Reservehöhe verändert werden. Das gibt besonders einem Netzbetreiber oder einer zentralen Steuereinheit oder einer Leitzentrale die Möglichkeit, die Reservehöhe einzustellen. Dadurch kann auch aktuellen Situationen im Netz oder zu erwartenden Situationen Rechnung getragen werden. Bspw. kann durch eine solche Änderung der Reservehöhe die Momentreserve auf ein Ereignis eingestellt werden, wie bspw. ein zu erwartendes Zuschalten oder Abschalten eines großen Verbrauchers, oder auch das Verbinden oder Trennen eines Netzabschnitts.According to one embodiment, it is proposed that a default value for changing the reserve height is input to the at least one wind energy plant via an interface. Thus, the reserve height can be changed externally, in particular. This gives a network operator or a central control unit or a control center, in particular, the opportunity to set the reserve altitude. As a result, current situations in the network or expected situations can be taken into account. For example. can be set by such a change in the reserve level, the torque reserve to an event, such as, for example, an expected connection or disconnection of a large consumer, or even connecting or disconnecting a network section.
Die Schnittstelle kann kabelgebunden oder kabellos realisiert werden. Besonders kommt auch in Betracht, vorhandene Datenübertragungswege, besonders vorhandene Datenleitungen, für dieses Eingeben eines Vorgabewertes zu nutzen. The interface can be wired or wireless. In particular, it is also possible to use existing data transmission paths, especially existing data lines, for this entry of a default value.
Außerdem oder alternativ wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Windenergieanlage ihre eingestellte Reservehöhe als Information bereitstellt. Dadurch können sich andere aktive Einheiten, besonders andere Einspeiseeinheiten daran orientieren. Besonders ist dadurch bekannt, welche Momentanreserven zur Verfügung stehen. Vorzugsweise werden diese Informationen anderen Windenergieanlagen und außerdem oder alternativ einer zentralen, mehrere Netzanschlusspunkte überwachenden Steuereinheit übergeben. Besonders eine solche zentrale, mehrere Netzanschlusspunkte überwachende Steuereinheit, die als Netzsteuereinrichtung ausgebildet sein kann, kann dadurch die Gesamtlage verfügbarer Momentreserven in dem elektrischen Versorgungsnetz oder dem betreffenden Teilabschnitt überblicken und ggf. Steuermaßnahmen einleiten.Additionally or alternatively, it is proposed according to an embodiment that the at least one wind turbine provides its set reserve altitude as information. As a result, other active units, especially other feed units, can orient themselves. In particular, it is known which current reserves are available. Preferably, this information is transferred to other wind turbines and, in addition or alternatively, to a central control unit monitoring a plurality of grid connection points. In particular, such a central control unit, which monitors a plurality of network connection points and may be designed as a network control device, can thereby survey the overall position of available moment reserves in the electrical supply network or the relevant subsection and, if necessary, initiate control measures.
Vorzugsweise wird eine Momentanreserve in Höhe der Reservehöhe bereitgestellt und das kann durch unterschiedliche Maßnahmen erfolgen, die auch kombiniert werden können. Eine dieser vorgeschlagenen Maßnahmen ist das Vorsehen eines Drehzahlbereichs zum Betreiben der Windenergieanlage mit einer Drehzahl in diesem Bereich. Die Drehzahl betrifft hierbei grundsätzlich die Drehzahl des Rotors der Windenergieanlage. Im Falle einer getriebelosen Windenergieanlage ist diese mit der Drehzahl des Generators identisch.Preferably, an instantaneous reserve in the amount of the reserve height is provided and this can be done by different measures, which can also be combined. One of these proposed measures is the provision of a speed range for operating the wind energy plant at a speed in this range. The speed basically relates to the speed of the rotor of the wind turbine. In the case of a gearless wind turbine this is identical to the speed of the generator.
Der Drehzahlbereich und die konkrete Drehzahl werden so gewählt, dass eine Absenkung der Drehzahl bis zu einem unteren Wert des Drehzahlbereichs die Momentanreserve in Höhe der Reservehöhe aus Rotationsenergie bereitstellen kann. Zunächst geht es darum, die Möglichkeit dieser Bereitstellung zu schaffen, unabhängig davon, ob diese Momentanreserve dann auch ganz oder teilweise abgerufen wird. Die vorgeschlagene Vorgabe eines Drehzahlbereichs, was auch als Drehzahlband bezeichnet werden kann, macht sich besonders auch die Erkenntnis zu Nutze, dass eine Windenergieanlage vorzugsweise zwar mit einer optimalen Drehzahl betrieben wird, dass diese Drehzahl aber in einem vorgegeben Bereich, der hier nämlich als Drehzahlbereich eingestellt wird, verändert werden kann, ohne dass sich die Leistungserzeugung signifikant verschlechtert. Dabei ist zu beachten, dass selten, z. B. weniger als einmal pro Jahr, eine volle Reserveleistung überhaupt abgerufen wird.The speed range and the specific speed are selected such that a reduction of the speed up to a lower value of the speed range can provide the instantaneous reserve in the amount of the reserve level of rotational energy. First of all, it is about creating the possibility of this provision, regardless of whether this instantaneous reserve is then retrieved in whole or in part. The proposed specification of a speed range, which can also be referred to as a speed range, makes particular use of the knowledge that a wind turbine is preferably operated at an optimum speed, but that this speed is set in a predetermined range, namely the speed range here can be changed without significantly worsening power generation. It should be noted that rarely, z. B. less than once a year, a full reserve power is ever retrieved.
Es kommt hinzu, dass eine höhere Momentanreserve auch eine höhere Verstärkung der Stützmaßnahme erreichen kann. Es kann dann also generell eine höhere Stützleistung eingespeist werden. Betrachtet man das Verhalten eines konventionellen Großkraftwerkes und geht von einem direkt gekoppelten Synchrongenerator aus, so kann dieser bspw. in einem erlaubten Frequenzband der Netzfrequenz von +–2%, (z. B. 50 Hz +– 1 Hz) wegen seiner direkten Kopplung auch nur mit +–2% Drehzahländerung Stützleistung bereitstellen. Durch die direkte Kopplung zwischen Frequenz und Drehzahl ist dieser Zusammenhang fest.In addition, a higher instantaneous reserve can also achieve a higher reinforcement of the support measure. It can then generally be fed a higher support performance. Considering the behavior of a conventional large-scale power plant and starting from a directly coupled synchronous generator, it can, for example, in an allowed frequency band of the mains frequency of + -2%, (eg 50 Hz + - 1 Hz) because of its direct coupling also provide backup power only with + -2% speed change. Due to the direct coupling between frequency and speed, this relationship is fixed.
Auch bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann ein Drehzahlbereich einem erlaubten Frequenzband gedanklich zugeordnet werden. Auch hier kann bspw. einem erlaubten Frequenzband von fN +–2% ein Drehzahlbereich von nN +–2% zugeordnet werden. Wird nun aber die Reservehöhe erhöht und über eine Erhöhung des Drehzahlbereichs bereitgestellt, kann damit auch dem erlaubten Frequenzband, das sich grundsätzlich nicht ändert, ein höherer Drehzahlbereich zugeordnet werden. Dem exemplarisch genannten Frequenzband von fN +–2% könnte dann bspw. ein Drehzahlbereich von nN +–10% zugeordnet werden, wenn sich die Reservehöhe entsprechend erhöht hat. Das zeigt, dass nun die Verwendung von Stützleistung aus der Rotationsenergie des rotierenden Generators steuerbar ist. Auch das ist ein Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens.Also in the proposed method, a speed range can be mentally assigned to a permitted frequency band. Here too, for example, a permitted frequency band of f N + -2% can be assigned a speed range of n N + -2%. If, however, the reserve altitude is increased and provided via an increase in the speed range, a higher speed range can thus also be assigned to the permitted frequency band, which does not change in principle. The frequency band of f N + -2% mentioned by way of example could then, for example, be assigned a speed range of n N + -10%, if the reserve height has increased accordingly. This shows that now the use of support power from the rotational energy of the rotating generator is controllable. This too is an advantage of the proposed method.
Es ist aber außerdem möglich, bspw. nur ein schmaleres Frequenzband zu regeln. Der Drehzahlbereich könnte dann diesem schmaleren Frequenzband zugeordnet werden. Um an das obige Beispiel anzuknüpfen, könnte dann bspw. der Drehzahlbereich von nN +–10% einem Frequenzband von fN +–1% zugeordnet werden. Die proportionale Stützleistung hätte sich dadurch verdoppelt. Das entspricht einer Erhöhung der Verstärkung. Mit der oben genannten Formel Pz = Pz0·df/dt·Res·K könnte das durch eine entsprechende Erhöhung, hier also Verdoppelung, des Proportionalitätsfaktors erreicht werden.But it is also possible, for example, only a narrower frequency band to regulate. The speed range could then be assigned to this narrower frequency band. In order to link to the above example, for example, the speed range of n N + -10% could then be assigned to a frequency band of f N + -1%. The proportional support performance would have doubled. This corresponds to an increase in the gain. With the above formula: P z = P z0 · df / dt · Res · K could be achieved by a corresponding increase, in this case doubling, the proportionality factor.
Insoweit darf der Drehzahlbereich nicht zu groß vorgegeben werden, weil sich dann doch an seinem Rand eine hohe Leistungsverschlechterung ergeben könnte. Es ist zu beachten, dass es sehr selten vorkommt, dass eine so starke Abweichung auftritt. Dabei ist hier abzuwägen zwischen der Notwendigkeit eine hohe Momentanreserve bereitzustellen einerseits und die Windenergieanlage möglichst in ihren optimalen Arbeitspunkt zum Betreiben andererseits. Insbesondere kann die Drehzahl so gewählt werden, dass sie ihren optimalen Wert annimmt. Um diesen optimalen Wert wird dann der Drehzahlbereich gelegt, bspw. symmetrisch so, dass der Rand dieses Drehzahlbereis jeweils um 10 Prozent über unter dieser optimalen Drehzahl liegt. Wird nun die Drehzahl, im genannten Beispiel also von der optimalen Drehzahl auf den unteren Bereich dieses Drehzahlbereichs verringert, in dem genannten Beispiel also um 10 Prozent verringert, so wird dabei Rotationsenergie abgegeben. Dieses lässt sich berechnen und bildet die hierdurch bereitstellbare Momentanreserve. Eine so große Änderung kommt aber nur sehr selten vor. Dem könnte in einem 50 Hz-Netz ein Frequenzeinbruch auf 47,5 Hz oder 51,5 Hz entsprechen, was seltener als jährlich zu erwarten ist.In that regard, the speed range may not be too large, because then at its edge could result in a high performance deterioration. It should be noted that it is very rare that such a large deviation occurs. It is important to balance this between the need to provide a high instantaneous reserve on the one hand and the wind turbine as possible in their optimal operating point for operating on the other hand. In particular, the speed may be selected to assume its optimum value. The speed range is then set around this optimum value, for example symmetrically in such a way that the edge of this rpm range is in each
Der obere Wert des Drehzahlbereichs, also die Obergrenze des gewählten Drehzahlbereichs, kann genutzt werden, um die Einspeisung der Leistung in das Netz zu reduzieren, also besonders zur Netzstützung durch Leistungsverringerung, wenn zu viel Leistung im Netz vorhanden ist.The upper value of the speed range, ie the upper limit of the selected speed range, can be used to reduce the supply of power to the grid, in particular for grid support by power reduction, if there is too much power in the grid.
Jedenfalls hat diese Variante der Vorgabe eines Drehzahlbereichs den Vorteil, dass die Windenergieanlage weiter in ihrem optimalen Arbeitspunkt, also insbesondere mit optimaler Drehzahl weiterbetrieben werden kann. Erst, wenn tatsächlich der Fall eintritt, dass die Momentanreserve abgerufen wird bzw. bereitgestellt werden muss, wird die genannte Drehzahlreduzierung durchgeführt. Die Vorgabe der Momentanreserve schafft dabei einerseits einen kalkulierbaren Wert für die Netzstützung des elektrischen Versorgungsnetzes, mit dem bspw. der Betreiber des elektrischen Versorgungsnetzes kalkulieren kann. Außerdem schafft diese vorgegebene Momentanreserve aber auch Gewissheit darüber, in welchem Arbeitspunkt die Windenergieanlage durch Abgabe dieser Momentanreserve verändert wird. Es ist also vorher bekannt und kann abgeschätzt werden, wie weit sich der Arbeitspunkt verschlechtert und insbesondere dass aber die Windenergieanlage mit einem solchen Arbeitspunkt weiter arbeiten kann.In any case, this variant of the specification of a speed range has the advantage that the wind turbine can continue to operate in its optimum operating point, ie in particular at optimum speed. Only when it actually happens that the instantaneous reserve is called up or has to be made available is the said speed reduction performed. The specification of the instantaneous reserve on the one hand creates a calculable value for the network support of the electrical supply network, with which, for example, the operator of the electrical supply network can calculate. In addition, this predetermined instantaneous reserve but also provides certainty about the operating point in which the wind turbine is changed by dispensing this instantaneous reserve. It is therefore known in advance and can be estimated how far the operating point deteriorates and in particular that but the wind turbine can continue to work with such an operating point.
Gemäß einer weiteren, ganz ähnlichen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass eine untere Drehzahl und eine um eine Differenzdrehzahl zu der unteren Drehzahl erhöhte obere Drehzahl vorgesehen wird. Die Windenergieanlage wird dann bei der oberen Drehzahl betrieben. Es wird also die Drehzahl bewusst erhöht, um dadurch eine höhere Rotationsenergie als Momentanreserve bereitstellen zu können.According to a further, very similar embodiment, it is proposed that a lower rotational speed and an upper rotational speed increased by a differential rotational speed to the lower rotational speed are provided. The wind turbine is then operated at the upper speed. Thus, the speed is deliberately increased, thereby being able to provide a higher rotational energy as an instantaneous reserve.
Die Differenzdrehzahl wird hierbei so gewählt, dass ein Absenken der oberen Drehzahl auf die untere Drehzahl eine Rotationsenergie als Momentanreserve in Höhe der Reservehöhe abgibt. Auch werden entsprechende Drehzahlen vorgesehen, die ein gezieltes Absenken der Drehzahl zur Freigabe von Rotationsenergie ermöglichen. Hier wird besonders auch vorgeschlagen, die Windenergieanlage mit einer höheren Drehzahl als der optimalen Drehzahl zu betreiben.The differential speed is chosen so that lowering the upper speed to the lower speed outputs a rotational energy as an instantaneous reserve in the amount of reserve height. Also, appropriate speeds are provided which allow a targeted lowering of the speed to release rotational energy. Here it is also particularly proposed to operate the wind turbine with a higher speed than the optimal speed.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, einen Arbeitspunkt der wenigstens einen Windenergieanlage entsprechend zu verändern. Auch dies kann eine Veränderung der Drehzahl betreffen. Es kommen aber auch andere Möglichkeiten in Betracht, wie bspw. im Teillastbereich, andere Blattwinkel einzustellen. Das kann dabei mit einer veränderten Drehzahl kombiniert werden, in dem also die Drehzahl und die Blattwinkel verändert werden.Additionally or alternatively, it is proposed to change an operating point of the at least one wind turbine accordingly. This can also affect a change in the speed. But there are also other options, such as. In the partial load range to adjust other blade angle. This can be combined with a changed speed, in which therefore the speed and the blade angle are changed.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, einen elektrischen Energiespeicher mit darin in Höhe der Reservehöhe gespeicherter und abrufbarer Speicherenergie vorzusehen. Es wird also zunächst ein Energiespeicher vorgeschlagen, der bspw. ein Batteriespeicher sein kann. Er kann aber auch andere Speichermedien aufweisen, wie bspw. einen Gasspeicher oder einen separaten Schwungradspeicher, die bei Bedarf ihre gespeicherte Energie in elektrische Energie umwandeln. Durch das Vorsehen eines solchen elektrischen Energiespeichers kann erreicht werden, dass die Windenergieanlage entsprechend dieses Energiespeichers zusätzliche Leistung und damit zusätzliche Momentanreserve bereitstellen kann.In addition or alternatively, it is proposed to provide an electrical energy store with storage energy stored and retrievable therein in the amount of the reserve height. It is therefore initially proposed an energy storage, which may be, for example, a battery storage. But it can also have other storage media, such as, for example, a gas storage or a separate flywheel storage, which convert their stored energy into electrical energy when needed. By providing such an electrical energy storage can be achieved that the wind turbine can provide additional power and thus additional instantaneous reserve corresponding to this energy storage.
Es kommt auch in Betracht, dass die Windenergieanlage als solche grundsätzlich weiter in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben wird und nur der genannte elektrische Energiespeicher entsprechende Momentanreserve bereitstellt. Auch dies kann situationsbedingt verändert werden. Bspw. wird vorgeschlagen, bei Vorgabe bzw. beim Anbieten einer vergleichsweise geringen Momentanreserve hierfür nur den elektrischen Speicher vorzusehen und erst bei dem Anbieten einer hohen Momentanreserve noch oben beschriebene Rotationsenergie des Rotors der Windenergieanlage zusätzlich bereitzustellen. Im Übrigen geht diese Ausführungsform bei Energiespeichern von der abrufbaren Speicherenergie aus. Dies kann bspw. Batteriespeicher betreffen, die nur bis zu einem gewissen Entladeniveau entladen werden, ab dem eine Beschädigung auftreten könnte. Dann wäre immer noch Energie gespeichert, die aber nicht mehr als abrufbar bezeichnet werden kann.It is also contemplated that the wind turbine as such is basically operated further in its optimal operating point and only the said electrical energy storage provides corresponding instantaneous reserve. This too can be changed depending on the situation. For example. It is proposed to provide only the electrical memory for this purpose or when offering a comparatively small instantaneous reserve for this purpose, and to additionally provide the above-described rotational energy of the rotor of the wind turbine only when a high instantaneous reserve is offered. Incidentally, this embodiment is based on energy stores from the retrievable storage energy. This may, for example, concern battery storage, which are only discharged to a certain level of discharge, from which damage could occur. Then energy would still be stored, which can not be described as being retrievable.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass im elektrischen Versorgungsnetz eine Netzpendelung erfasst wird, die eine schwingende Frequenz im elektrischen Versorgungsnetz beschreibt, und dass die Reservehöhe in Abhängigkeit dieser erfassten Netzpendelung eingestellt wird. Wird also erfasst, dass sich die Frequenz oszillierend erhöht und wieder verringert, so kann dies zum Anlass genommen werden, die jeweils angebotene Momentanreserve zu ändern. Dadurch kann die Eigenschaft zur Netzstützung der betreffenden Windenergieanlage verändert werden und damit auch die Eigendynamik des elektrischen Versorgungsnetzes verändert werden. Das geht besonders dann, wenn sehr viele Windenergieanlagen eine entsprechende Maßnahme ergreifen.According to a further embodiment, it is proposed that in the electrical supply network, a network oscillation is detected, which describes an oscillating frequency in the electrical supply network, and that the reserve altitude is set as a function of this detected network oscillation. If, therefore, it is detected that the frequency increases in an oscillating manner and then decreases again, this can be taken as an opportunity to change the currently offered instantaneous reserve. As a result, the property for network support of the respective wind turbine can be changed and thus also the momentum of the electrical supply network can be changed. This is especially so when many wind turbines take appropriate action.
Grundsätzlich sind die Ausführungsformen kombinierbar. Hier wird besonders darauf hingewiesen, dass auch die Veränderung der Reservehöhe in Abhängigkeit der erfassten Netzpendelung vorteilhaft kombiniert werden kann mit dem Vorschlag, dass die Reservehöhe in Abhängigkeit einer Eigenschaft des Netzanschlusspunktes eingestellt wird. So wird besonders vorgeschlagen, dass beim Erfassen einer Netzpendelung, die für das gesamte elektrische Versorgungsnetz oder zumindest einen mehrere Netzanschlusspunkte umfassenden Netzabschnitt relevant ist, die Reservehöhen der einzelnen Netzanschlusspunkte unterschiedlich eingestellt bzw. verändert werden. In principle, the embodiments can be combined. Here it is particularly pointed out that the change of the reserve height depending on the detected network swing can be advantageously combined with the proposal that the reserve level is set depending on a property of the grid connection point. It is thus particularly proposed that when detecting a network swing that is relevant to the entire electrical supply network or at least one network section comprising several network connection points, the reserve heights of the individual network connection points are set or changed differently.
Vorzugsweise wird die Reservehöhe in Abhängigkeit einer Kopplungsstärke des Netzanschlusspunktes eingestellt. Eine solche Kopplungsstärke ist ein Maß dafür, wie stark der Netzanschlusspunkt mit dem elektrischen Versorgungsnetz gekoppelt ist. Dies betrifft besonders die Frage, inwieweit sich Änderungen im elektrischen Versorgungsnetz, besonders Spannungsänderungen und/oder Änderungen der Leistungsbilanz auf den betreffenden Netzanschlusspunkt auswirken. Je weniger sich das auswirkt, umso geringer ist die Kopplungsstärke. Vorzugsweise wird die Momentanreserve umso kleiner eingestellt, umso geringer die Kopplungsstärke ist.The reserve height is preferably set as a function of a coupling strength of the network connection point. Such a coupling strength is a measure of how strongly the grid connection point is coupled to the electrical supply network. This concerns in particular the question to what extent changes in the electrical supply network, in particular voltage changes and / or changes in the power balance, affect the relevant grid connection point. The less this affects, the lower the coupling strength. Preferably, the smaller the coupling strength, the smaller the instantaneous reserve is set.
Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zur Netzstützung zusätzlich zur erzeugten Leistung, Energie bis zur Höhe der Reservehöhe in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist wird. Dies erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit einer Netzspannungsänderung des elektrischen Versorgungsnetzes. Besonders bei einem Absinken der Netzspannung unter die Nennspannung wird vorgeschlagen, Leistung zur Stützung einzuspeisen. Ein zusätzliches Einspeisen elektrischer Leistung oder Reduzieren der eingespeisten Leistung bis zur angebotenen Momentanreserve kann auch in Abhängigkeit der Netzfrequenz erfolgen, die ein Indikator für eine Leistungsbilanz sein kann.According to one embodiment, it is proposed that, in addition to the generated power, energy is fed into the electrical supply network up to the level of the reserve height for grid support. This is preferably done as a function of a mains voltage change of the electrical supply network. Especially when the mains voltage drops below the rated voltage, it is proposed to supply power for the support. An additional supply of electrical power or reduction of the injected power up to the offered instantaneous reserve can also take place depending on the mains frequency, which can be an indicator of a power balance.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, die zusätzliche Leistung in Abhängigkeit einer Netzfrequenzänderung des elektrischen Versorgungsnetzes einzuspeisen. Es wird somit nicht oder nicht nur die absolute Frequenz des elektrischen Versorgungsnetzes betrachtet, sondern ihre Änderung. Besonders kann ein Frequenzgradient df/dt betrachtet werden und es wird vorgeschlagen, um so mehr Leistung zum Stützen in das elektrische Versorgungsnetz einzuspeisen bzw. um so stärker die eingespeiste Leistung zu reduzieren, je größer der Betrag des Frequenzgradienten ist.In addition or alternatively, it is proposed to feed the additional power as a function of a mains frequency change of the electrical supply network. It is thus not or not only the absolute frequency of the electrical supply network considered, but their change. In particular, a frequency gradient df / dt can be considered, and it is proposed to supply more power for supporting in the electrical supply network or to reduce the power fed, the greater the amount of the frequency gradient.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, die zusätzliche Energie in Abhängigkeit einer Leistungsdifferenz zwischen erzeugter und verbrauchter Leistung im elektrischen Versorgungsnetz einzuspeisen. Besonders dann, wenn mehr Leistung verbraucht als durch Erzeugungseinheiten eingespeist wird, kann solche zusätzliche Energie zum Ausgleich und damit zur Stützung eingespeist werden.Additionally or alternatively, it is proposed to feed the additional energy as a function of a power difference between generated and consumed power in the electrical supply network. Especially when more power is consumed than is supplied by generating units, such additional energy can be fed in for compensation and thus for support.
Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, die zusätzliche Energie in Abhängigkeit einer von extern übermittelter Anforderung einzuspeisen. Das kann insbesondere in Abhängigkeit einer Anforderung durch den Betreiber des elektrischen Versorgungsnetzes erfolgen. Dadurch kann der Betreiber des elektrischen Versorgungsnetzes, also der Netzbetreiber, solche Windenergieanlagen als Steuerungsmittel einsetzen. Besonders ist auch hier eine Kombination vorteilhaft, wenn der Netzbetreiber, oder eine andere zentrale Steuereinheit, sowohl die Reservehöhe einstellen kann, als auch vorgeben kann, wenn eine solche durch die Reservehöhe eingegebene Momentanreserve tatsächlich auch eingespeist wird. Bspw. kann für eine Frequenzsynchronisation in einem Teilnetzwerk vorgesehen sein, kurzzeitig eine höhere Leistung einzuspeisen.Additionally or alternatively, it is proposed to feed in the additional energy as a function of a request transmitted externally. This can be done in particular in response to a request by the operator of the electrical supply network. As a result, the operator of the electrical supply network, so the network operator, use such wind turbines as control means. Especially here a combination is advantageous if the network operator, or another central control unit, both the reserve level can set, as well as pretend, when such an input through the reserve level instantaneous reserve is actually fed. For example. may be provided for a frequency synchronization in a subnetwork to temporarily feed a higher power.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass zur Netzstützung das zusätzliche Einspeisen elektrischer Leistung bzw. das Reduzieren der eingespeisten Leistung unter Entnahme bzw. Einspeicherung von Speicherenergie wenigstens eines Kondensatormittels, Rotationsenergie der wenigstens einen Windenergieanlage und Speicherenergie wenigstens eines Batteriespeichers vorgenommen wird, wobei abhängig von der zu entnehmenden bzw. einzuspeichernden Energiemenge zuerst Speicherenergie aus dem Kondensatormittel entnommen bzw. eingespeichert wird, dann Rotationsenergie aus der wenigstens einen Windenergieanlage verwendet wird, wenn noch weitere Energie benötigt wird und dann Speicherenergie aus dem Batteriespeicher verwendet wird, wenn dann immer noch weitere Energie benötigt wird. Das Verwenden der Rotationsenergie betrifft besonders Rotationsenergie des aerodynamischen Rotors der Windenergieanlage. Es wird hier also vorgeschlagen, Rotationsenergie aus dem aerodynamischen Rotor zu verwenden bzw. Energie als Rotationsenergie in dem aerodynamischen Rotor einzuspeichern.According to a further embodiment, it is proposed that, for grid support, the additional supply of electrical power or the reduction of the fed-in power be performed by removing or storing stored energy of at least one capacitor means, rotational energy of the at least one wind turbine and storage energy of at least one battery store, depending on the stored energy is first removed or stored from the capacitor means, then rotational energy from the at least one wind turbine is used, if even more energy is needed and then storage energy from the battery storage is used, if then still more energy is needed , The use of rotational energy particularly relates to rotational energy of the aerodynamic rotor of the wind turbine. It is therefore proposed here to use rotational energy from the aerodynamic rotor or to store energy as rotational energy in the aerodynamic rotor.
Dadurch wird zunächst erreicht, dass durch die Verwendung mehrerer Energiequellen bzw. Energiesenken ein großes Volumen an Regelenergie geschaffen wird. Die gezielte Reihenfolge, zunächst das Kondensatormittel, dann den Rotor und schließlich den Batteriespeicher zu verwenden, nutzt diese unterschiedlichen Speichermedien geschickt aus. Oftmals kann die Speicherenergie des Kondensatormittels als Momentanreserve ausreichen und von dem Kondensatormittel schnell und ohne Memory-Effekt bereitgestellt werden.As a result, it is initially achieved that the use of multiple energy sources or energy sinks creates a large volume of control energy. The targeted sequence of using first the capacitor means, then the rotor and finally the battery storage, cleverly utilizes these different storage media. Often, the storage energy of the capacitor means can be sufficient as an instantaneous reserve and be provided by the capacitor means quickly and without memory effect.
Wird noch mehr Energie benötigt, wird der aerodynamische Rotor verwendet. Dabei wurde erkannt, dass auch dieser ohne Memory-Effekt arbeitet und dass es vorteilhaft sein kann, von dem Kondensator zu dem aerodynamischen Rotor als Energiequelle überzugehen. Erst wenn auch das nicht reicht, wird der Batteriespeicher verwendet. If more energy is needed, the aerodynamic rotor is used. It was recognized that this also works without memory effect and that it may be advantageous to move from the capacitor to the aerodynamic rotor as an energy source. Only when this is not enough, the battery storage is used.
Außerdem wird ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung an mehreren Netzanschlusspunkten in ein elektrisches Versorgungsnetz mittels jeweils wenigstens einer Windenergieanlage vorgeschlagen, bei dem zum Einspeisen an jedem der Netzanschlusspunkte jeweils ein Verfahren gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird und die Reservehöhe für jeden der Netzanschlusspunkte unterschiedlich einstellbar ist.In addition, a method is proposed for feeding electrical power at several grid connection points into an electrical supply network by means of at least one wind energy plant, in which a method according to at least one embodiment described above is used for feeding in each of the grid connection points and the reserve height can be set differently for each of the grid connection points is.
Dadurch kann besonders eine gezielte und koordinierte Veränderung bzw. Einstellung der Dynamik des elektrischen Versorgungsnetzes oder zumindest des betroffenen Abschnitts des elektrischen Versorgungsnetzes vorgenommen werden. Vorzugsweise wird dies über eine zentrale Steuereinheit, besonders eine Netzsteuereinrichtung durchgeführt und außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, eine solche zentrale Einstellmöglichkeit für einen Netzbetreiber zu schaffen.As a result, a targeted and coordinated change or adjustment of the dynamics of the electrical supply network or at least the affected section of the electrical supply network can be made especially. This is preferably carried out via a central control unit, in particular a network control device and, in addition or alternatively, it is proposed to provide such a central setting option for a network operator.
Vorzugsweise wird für mehrere Netzanschlusspunkte zusammen eine insgesamt angebotene Momentanreserve der Höhe nach vorgegeben. Davon abhängig wird dann für jeden dieser Netzanschlusspunkte eine Reservehöhe bestimmt, insbesondere so, dass die Summe dieser Reservehöhen der Höhe der insgesamt angebotenen Momentanreserve entspricht. Hierdurch kann durch das koordinierte Einstellen der Reservehöhe mehrerer, insbesondere vieler Netzanschlusspunkte bzw. der Windenergieanlagen vieler Netzanschlusspunkt auch eine insgesamt signifikant große Momentanreserve vorgesehen werden. Insoweit kann in einem ersten Schritt eine insgesamt nötige oder zumindest wünschenswerte Momentanreserve vorgegeben werden. In einem zweiten Schritt kann dann außerdem für eine Beeinflussung der Dynamik des elektrischen Versorgungsnetzes eine entsprechende Verteilung der Momentanreserven vorgesehen sein. Damit ist zum einen eine Netzstützung in absoluter Höhe erzielbar und zum anderen bspw. das Schwingverhalten des elektrischen Versorgungsnetzes bzw. des betreffenden Netzabschnitts beeinflussbar.Preferably, a total offered instantaneous reserve of the amount is predetermined for several network connection points together. Depending on this, a reserve height is then determined for each of these grid connection points, in particular in such a way that the sum of these reserve heights corresponds to the amount of the total instantaneous reserve offered. This can be provided by the coordinated setting of the reserve height of several, in particular many grid connection points or wind turbines many grid connection point and a significantly significant overall instantaneous reserve. In that regard, a generally necessary or at least desirable instantaneous reserve can be specified in a first step. In a second step, a corresponding distribution of the instantaneous reserves can then also be provided for influencing the dynamics of the electrical supply network. This is on the one hand a network support in absolute height achievable and on the other hand, for example, the vibration behavior of the electrical supply network or the relevant network section influenced.
Außerdem wird eine Windenergieanlage zum Einspeisen elektrischer Leistung an einem Netzanschlusspunkt in ein elektrisches Versorgungsnetz vorgeschlagen. Eine solche Windenergieanlage umfasst einen aerodynamischen Rotor und einen Generator zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind, eine Einspeiseeinheit zum Einspeisen der erzeugten Leistung oder eines Teils davon in das elektrische Versorgungsnetz, eine Steuereinheit zu Anbieten einer Momentanreserve zum Einspeisen in das elektrische Versorgungsnetz zur Stützung des elektrischen Versorgungsnetzes, ein Steuermittel zum Steuern der Windenergieanlage so, dass die angebotene Momentanreserve oder ein Teils davon, in Abhängigkeit einer Netzeigenschaft und/oder einer externen Anforderung in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist wird, um das elektrische Versorgungsnetz zu stützen, und sie umfasst ein Einstellmittel zum Einstellen der Höhe der angebotenen Momentanreserve als Reservehöhe (Angebotshöhe).In addition, a wind turbine is proposed for feeding electrical power at a grid connection point into an electrical supply network. Such a wind turbine comprises an aerodynamic rotor and a generator for generating electrical power from wind, a feed unit for feeding the generated power or a part thereof into the electrical supply network, a control unit for offering an instantaneous reserve for feeding into the electrical supply network for supporting the electrical supply network a control means for controlling the wind turbine so that the offered instantaneous reserve or a part thereof, depending on a network property and / or an external request is fed into the electrical supply network to support the electrical supply network, and it comprises a setting means for adjusting the Amount of the offered instantaneous reserve as reserve height (bid amount).
Somit wird mit der Windenergieanlage mit dem aerodynamischen Rotor Wind in eine Drehbewegung umgewandelt und mit dem Generator elektrische Leistung dadurch aus dem Wind erzeugt. Diese elektrische Leistung, ggf. reduziert um Verluste oder andere Leistungsabgänge, wird mittels einer Einspeiseeinheit in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist. Die Einspeiseeinheit kann besonders als Wechselrichter ausgebildet sein.Thus, with the wind turbine with the aerodynamic rotor wind is converted into a rotational movement and thus generates electrical power from the wind with the generator. This electrical power, possibly reduced by losses or other power outlets, is fed by means of a feed unit in the electrical supply network. The feed unit can be designed in particular as an inverter.
Über eine Steuereinheit wird eine Momentanreserve angeboten, um damit das elektrische Versorgungsnetz zu stützen, wenn diese Momentanreserve oder ein Teil davon eingespeist wird. Das Steuermittel steuert die Windenergieanlage so, dass angebotene Momentanreserve oder ein Teil davon in Abhängigkeit einer Netzeigenschaft und außerdem oder alternativ in Abhängigkeit einer externen Anforderung in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist wird, um das gewünschte Stützten des elektrischen Versorgungsnetzes zu erreichen.An instantaneous reserve is offered via a control unit in order to support the electrical supply network when this instantaneous reserve or a part thereof is fed in. The control means controls the wind turbine so that offered instantaneous reserve or a part thereof is fed into the electrical supply network as a function of a network property and additionally or alternatively as a function of an external request in order to achieve the desired support of the electrical supply network.
Schließlich ist ein Einstellmittel vorgesehen, das die Reservehöhe einstellt. Das Einstellmittel stellt also die Höhe der angebotenen Momentanreserve ein. Das Einstellmittel, gleiches gilt für die Steuereinheit, kann als Zusatzelement oder als Teil einer in einer solchen Windenergieanlage ohnehin vorhandenen Steuereinheit vorgesehen sein.Finally, an adjustment means is provided which adjusts the reserve height. The setting means thus sets the amount of the offered instantaneous reserve. The setting means, the same applies to the control unit, may be provided as an additional element or as part of a control unit already present in such a wind turbine.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage dazu vorbereitet ist, ein Verfahren gemäß wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Besonders wird vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage dazu eine Steuereinrichtung aufweist. Diese Steuereinrichtung kann die Steuereinheit zum Anbieten der Momentanreserve und außerdem oder alternativ das Einstellmittel zum Einstellen der Höhe der angebotenen Momentanreserve umfassen, oder die Steuereinheit und/oder das Einstellmittel sind als separate Elemente vorgesehen. Die Steuereinrichtung kann bspw. auch eine Schnittstelle zum Datenaustausch ansteuern, sowohl zum Empfang als auch zum Versenden von Informationen.In particular, it is proposed that the wind energy installation is prepared to carry out a method according to at least one of the embodiments described above. In particular, it is proposed that the wind turbine has a control device for this purpose. This control device may comprise the control unit for offering the instantaneous reserve and, in addition or alternatively, the setting means for adjusting the level of the offered instantaneous reserve, or the control unit and / or the setting means are provided as separate elements. The control device can, for example, also control an interface for data exchange, both for receiving and for sending information.
Vorzugsweise weist die Windenergieanlage wenigstens einen elektrischen Energiespeicher zum Bereitstellen der Momentanreserve oder eines Teils davon auf. Die Momentanreserve in Höhe der Reservehöhe kann somit durch diesen wenigstens einen elektrischen Energiespeicher bereitgestellt werden, oder die Bereitstellung erfolgt durch diesen elektrischen Energiespeicher und ergänzt durch Rotationsenergie des Rotors der Windenergieanlage. Preferably, the wind turbine has at least one electrical energy store for providing the instantaneous reserve or a part thereof. The instantaneous reserve in the amount of the reserve height can thus be provided by this at least one electrical energy storage, or the provision is made by this electrical energy storage and supplemented by rotational energy of the rotor of the wind turbine.
Außerdem wird ein Windpark mit mehreren Windenergieanlagen vorgeschlagen, wobei eine, mehrere oder alle der Windenergieanlagen solche sind, wie gemäß wenigstens einer vorstehenden Ausführungsform beschrieben wurden. Außerdem oder alternativ ist der Windpark dazu vorbereitet, zumindest ein Verfahren gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform auszuführen. Insbesondere kann der Windpark dazu eine Steuereinrichtung aufweisen, die die entsprechenden Verfahrensschritte durchführt oder zumindest koordiniert.In addition, a wind farm with multiple wind turbines is proposed, wherein one, several or all of the wind turbines are those as described according to at least one embodiment above. Additionally or alternatively, the wind farm is prepared to perform at least one method according to at least one embodiment described above. In particular, the wind farm can for this purpose have a control device which performs or at least coordinates the corresponding method steps.
Außerdem wird eine Netzsteuereinrichtung zum Steuern mehrerer Einspeiseeinrichtungen zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz vorgeschlagen. Jede dieser Einspeiseeinrichtungen umfasst wenigstens eine Windenergieanlage zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Wind. Die Einspeiseeinrichtung kann dabei auch jeweils einen Windpark umfassen bzw. ein Windpark sein.In addition, a network controller is proposed for controlling a plurality of feeders for feeding electric power into an electric utility grid. Each of these feed devices comprises at least one wind turbine for generating electrical power from wind. The feed device can also each include a wind farm or be a wind farm.
Außerdem weist jede Einspeiseeinrichtung eine Einspeiseeinheit auf zum Einspeisen der elektrischen Leistung oder eines Teils davon jeweils über einen Netzanschlusspunkt in das elektrische Versorgungsnetz. Es ist also für jede Einspeiseeinrichtung ein Netzanschlusspunkt vorgesehen. Der Netzanschlusspunkt kann auch als Teil der Einspeiseeinrichtung angesehen werde.In addition, each feed-in device has a feed-in unit for feeding the electrical power or a part thereof in each case via a network connection point into the electrical supply network. So it is provided for each feed a network connection point. The grid connection point may also be considered as part of the feed-in facility.
Jede Einspeiseeinrichtung weist auch eine Steuereinheit zum Anbieten einer Momentanreserve an, um diese zum Einspeisen in das elektrische Versorgungsnetz zur Stützung des elektrischen Versorgungsnetzes bei Bedarf bereitzustellen. Ferner weist diese Einspeiseeinrichtung ein Einstellmittel zum Einstellen der Höhe der angebotenen Momentanreserve als Reservehöhe auf.Each feed-in device also has a control unit for providing an instantaneous reserve in order to provide it for feeding into the electrical supply network for supporting the electrical supply network as required. Furthermore, this feed device has an adjusting means for adjusting the amount of the offered instantaneous reserve as a reserve height.
Die Netzsteuereinrichtung umfasst dazu ein Datenübertragungsmittel zum Austausch von Daten zwischen der Netzsteuereinrichtung und den Einspeiseeinrichtungen. Ein solches Datenübertragungsmittel kann eine Funkverbindung, eine kabelgebundene Verbindung oder eine Kombination daraus sein. Es können auch vorhandene Telekommunikationseinrichtungen mit verwendet werden.The network control device comprises for this purpose a data transmission means for exchanging data between the network control device and the feed devices. Such a data transmission means may be a radio connection, a wired connection or a combination thereof. It can also be used with existing telecommunications equipment.
Außerdem weist die Netzsteuereinrichtung ein Vorgabemittel auf zum Vorgeben jeweils unterschiedlicher Reservehöhen an die Einspeiseeinrichtungen, damit die Einspeiseeinrichtungen darauf basierend die Höhe der angebotenen Momentanreserve einstellen. Somit kann durch diese Netzsteuereinrichtung zentral eine Steuerung oder zumindest Koordination der betroffenen Einspeiseeinrichtungen hinsichtlich ihrer angebotenen Momentanreserve vorgenommen werden. Die Netzsteuereinrichtung koordiniert somit, wieviel Momentanreserve jede der Einspeiseeinheiten anbietet und dann ggf. auch einspeist.In addition, the network control device has a presetting means for presetting respectively different reserve heights to the feed devices, so that the feed devices based thereon adjust the amount of the offered instantaneous reserve. Thus, by means of this network control device, a central control or at least coordination of the feed-in systems concerned with regard to their offered instantaneous reserve can be undertaken. The network control unit thus coordinates how much instantaneous reserve each of the feed-in units offers and then possibly feeds in as well.
Vorzugsweise sind die Einspeiseeinrichtungen jeweils als Windpark ausgebildet, besonders so, wie vorstehend gemäß wenigstens einer Ausführungsform eines Windparks beschrieben wurde. Außerdem oder alternativ weist jede Einspeiseeinrichtung wenigstens eine Windenergieanlage gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf. Somit können durch diese Netzsteuereinrichtung entsprechend mehrere über unterschiedliche Netzanschlusspunkte einspeisende Windenergieanlagen oder Windparks koordiniert werden.Preferably, the feed devices are each designed as a wind farm, especially as described above according to at least one embodiment of a wind farm. In addition or alternatively, each feed device has at least one wind energy plant according to one of the embodiments described above. Thus, a plurality of wind turbines or wind farms feeding in via different grid connection points can be coordinated by this grid control device accordingly.
Vorzugsweise weist die Netzsteuereinrichtung wenigstens einen Messaufnehmer auf zum Aufnehmen von Netzzuständen des elektrischen Versorgungsnetzes und hiermit können insbesondere Spannungshöhen des elektrischen Versorgungsnetzes als auch die Frequenz des elektrischen Versorgungsnetzes aufgenommen werden. Davon abhängig kann dann über eine Evaluierungsvorrichtung die Reservehöhe in Abhängigkeit wenigstens eines der aufgenommenen Netzzustände bestimmte werden. Bspw. kann die Evaluierungsvorrichtung beim Feststellen einer Netzpendelung, was eine weitere Möglichkeit eines Netzzustandes ist, entsprechend für die unterschiedlichen Einspeiseeinrichtungen unterschiedliche Reservehöhen vorsehen.Preferably, the network control device has at least one sensor for recording network conditions of the electrical supply network and this particular voltage levels of the electrical supply network and the frequency of the electrical supply network can be added. Depending on this, the reserve height can then be determined via an evaluation device as a function of at least one of the recorded network states. For example. For example, when determining a network swing, which is another option for a network state, the evaluation device may provide different levels of reserve for the different feeders.
Vorzugsweise ist die Netzsteuereinrichtung dazu vorbereitet, ein Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung an mehreren Netzanschlusspunkten gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform auszuführen oder zu koordinieren. Insbesondere ist die Einspeisevorrichtung auch dazu vorbereitet, eine als notwendig erkannte oder von extern vorgegebene Gesamtmomentanreserve auf die einzelnen Einspeiseeinrichtungen zu verteilen.Preferably, the network controller is prepared to execute or coordinate a method of feeding electrical power to a plurality of grid connection points according to an embodiment described above. In particular, the feed device is also prepared to distribute a recognized as necessary or externally given Gesamtmomentanreserve on the individual feeders.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beispielhaft näher erläutert.The invention will be explained in more detail by way of example with reference to embodiments with reference to the accompanying figures.
In diesem elektrischen Versorgungsnetz
In einem Normalbetrieb, insbesondere dann, wenn auch der industrielle Verbraucher
Häufig ist eine Kopplung im Zentrum oder einem Subzentrum eines elektrischen Versorgungsnetzes stärker als an einer Peripherie. Ein Zentrum ist hier anschaulich als „Z” eingezeichnet. Als zwei Peripherien sind zwei Bereiche mit „Per” gekennzeichnet. Diese Kennzeichnung eines Zentrums und einer Peripherie ist allerdings anschaulich zu verstehen. Tatsächlich ist an der Höchstspannungsleitung HH in der Nähe des Großkraftwerks
Die Stärke der Kopplung muss aber nicht oder nicht ausschließlich von der Nähe zu einem Zentrum abhängen. Es spielen auch andere Kriterien eine Rolle, wie bspw. auch Eigenschaften der Übertragungsleitungen. Die Kopplungsstärke kann sich situationsabhängig und/oder zeitabhängig ändern. Sie kann z. B. tagsüber anders sein, als nachts. An diesem Beispiel soll besonders eine unterschiedlich starke Kopplung der einzelnen Netzanschlusspunkte veranschaulicht werden.However, the strength of the coupling need not or not exclusively depend on the proximity to a center. Other criteria also play a role, such as, for example, characteristics of the transmission lines. The coupling strength can change depending on the situation and / or time. You can z. B. be different during the day than at night. In this example, a different degree of coupling of the individual grid connection points should be illustrated.
Der Netzanschlusspunkt der Windturbine WT2 ist demnach sehr stark mit dem elektrischen Versorgungsnetz gekoppelt. Die Windturbine WT1 steht eher etwas abseits und ihr Netzanschlusspunkt dürfte daher schwächer mit dem elektrischen Versorgungsnetz gekoppelt sein. Starke Leistungsschwankungen am industriellen Verbraucher
Die weiteren Windturbinen WT3 und WT4 der
Besonders zum Bereitstellen der benötigten Energie für eine solche Momentanreserve kann es vorteilhaft sein, die Windenergieanlage mit einer höheren Drehzahl zu betreiben, oder zumindest ein größeres Drehzahlband zuzulassen, damit eine entsprechend große Menge Rotationsenergie bereitgestellt werden kann. Meist gibt es für jede Windenergieanlage eine optimale Drehzahl zu jedem Betriebspunkt, besonders zu jeder Windgeschwindigkeit, auch wenn faktisch die Einstellung nicht über eine Messung der Windgeschwindigkeit erfolgt, kann dies doch zur Erläuterung dienen.Especially for providing the required energy for such an instantaneous reserve, it may be advantageous to operate the wind turbine with a higher speed, or at least to allow a larger speed band, so that a correspondingly large amount of rotational energy can be provided. Usually there is an optimal speed for each wind turbine for each operating point, especially for every wind speed, even if in fact the setting does not take place via a measurement of the wind speed, this can nevertheless serve to explain.
Dennoch kann eine Windenergieanlage mit einer höheren oder einer niedrigeren Drehzahl fast optimal betrieben werden, ohne dass große Verluste oder große Belastungen in Kauf genommen werden müssen. Wenn also eine Windenergieanlage besonders viel Momentanreserve bereitstellen soll, wie beispielsweise die Windturbine WT2 der
Zur Umsetzung kann eine Windenergieanlage aus verschiedenen möglichen Drehzahlkennlinien eine entsprechende auswählen, nämlich eine mit höherer Drehzahl, wenn dies gewünscht ist, wie beispielsweise für die Windturbine WT2.For implementation, a wind turbine from various possible speed characteristics select a corresponding, namely one with higher speed, if desired, such as for the wind turbine WT2.
Solche unterschiedlichen Drehzahlkennlinien veranschaulicht die
Wenn bei Nennwindgeschwindigkeit, oder früher, VVN Nenndrehzahl nN erreicht ist, kann aus Gründen der Anlagensicherheit meist keine höhere Drehzahl als die Nenndrehzahl verwendet werden. Allerdings könnte in Ausnahmesituationen, besonders wenn kurzzeitig mit einer Netzstützung zu rechnen ist, eine höhere Drehzahl in Betracht kommen. Das ist in
Zunächst ist zu erkennen, dass die Leistung P, die in jeder der Kurven in Abhängigkeit der Drehzahl n aufgetragen ist, mit der Drehzahl bis zu einem Maximum ansteigt. Dort ist das Leistungsoptimum. Für Windgeschwindigkeiten von 3 bis 10 m/s ist dieses Optimum durch eine die Kurvenschar schneidende Betriebskennlinie eingezeichnet. Sie erreicht bei der Kurve für 10 m/s die maximale Drehzahl und zeigt somit bis dahin das Drehzahloptimum an. Für höhere Windgeschwindigkeiten liegt das Drehzahloptimum oberhalb der maximalen Drehzahl, die als n_max eingezeichnet ist. Deshalb geht ab der Leistungs-/Drehzahlkurve für 10 m/s die Betriebskennlinie senkrecht hoch, weil dann die Anlage in Bezug auf die Drehzahl abgeregelt wird.First, it can be seen that the power P, which is plotted in each of the curves as a function of the rotational speed n, increases with the rotational speed up to a maximum. There is the performance optimum. For wind speeds of 3 to 10 m / s, this optimum is indicated by a characteristic curve intersecting the family of curves. It reaches the maximum speed at the curve for 10 m / s and thus indicates the maximum speed at that point. For higher wind speeds, the maximum speed is above the maximum speed, which is plotted as n_max. Therefore, starting from the power / speed curve for 10 m / s, the operating characteristic rises vertically, because then the system is decelerated in relation to the speed.
Exemplarisch sind in der Leistungs-/Drehzahlkurve für 10 m/s zwei zur Betriebskennlinie abweichende Arbeitspunkte eingetragen, die um etwa 10% unter bzw. über der optimalen Drehzahl liegen. Es ist zu erkennen, dass diese Drehzahlabweichung von der optimalen Drehzahl nur zu einer wesentlich geringeren Verringerung der Leistung führt. Diese beiden abweichenden Arbeitspunkte können ein Drehzahlband angeben, in dem die Windenergieanlage operieren kann, um Momentanreserve bereitzustellen. Dieses Drehzahlband kann vorzugsweise in Abhängigkeit von Randbedingungen, für unterschiedliche Windenergieanlage, für unterschiedliche Netzanschlusspunkte und/oder für unterschiedliche Situationen unterschiedlich breit gewählt werden.As an example, two operating points deviating from the operating characteristic are entered in the power / speed curve for 10 m / s, which are approximately 10% below or above the optimum speed. It can be seen that this speed deviation from the optimum speed leads only to a much smaller reduction in performance. These two different operating points may indicate a speed band in which the wind turbine can operate to provide instantaneous reserve. This speed band can preferably be selected to vary in width depending on boundary conditions, for different wind energy plants, for different grid connection points and / or for different situations.
Die vorgeschlagene Lösung schafft somit Möglichkeiten zur Netzstützung durch gezielte Bereitstellung von Momentanreserven, die sich an der Struktur des elektrischen Versorgungsnetzes orientieren kann. Dadurch kann auch das dynamische Verhalten des elektrischen Versorgungsnetzes insgesamt positiv beeinflusst werden.The proposed solution thus creates opportunities for network support by targeted provision of instantaneous reserves, which can be based on the structure of the electrical supply network. As a result, the dynamic behavior of the electrical supply network can also be positively influenced overall.
Mit den exemplarischen Windparks WP1 bis WP3 kann elektrische Leistung in das elektrische Versorgungsnetz
Eine Kommunikation zwischen den Windparks WP1 bis WP3 und der Netzsteuereinrichtung
Dadurch kann die Netzsteuereinrichtung
Vorzugsweise werden Informationen zur tatsächlichen Einspeisung von Momentanreserve an die Netzsteuereinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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